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自从二十世纪八十年代地震各向异性走进石油行业,学者们一直致力于用这项技术来更好地解决地球物理学难题。随着技术的不断提高,人们认识到多波多分量是进行裂缝介质勘探的有效手段,但是多波技术存在着采集成本高、数据资料波场复杂不易分析等问题,如何利用三维宽方位纵波地震资料来进行各向异性介质中的裂缝识别仍然是学者感兴趣的课题。
本文以裂缝介质物理模型为研究对象,分别对可控裂缝物理模型试块、HTI裂缝介质物理模型以及正交裂缝介质物理模型采集得到的纵波数据,结合数值理论研究的方法,进行了裂缝各向异性介质中纵波地震响应的特征研究。
各向异性裂缝介质的数值正演的基础是等效介质理论。从数模的结果分析来看,HTI介质以及正交裂缝介质都会使得纵波的走时以及振幅产生方位各向异性变化,利用这些信息可以进行裂缝的识别。
对物理模拟数据进行了衰减各向异性的研究。将三组可控裂缝物理模型试块数据作为研究对象,分析得到了不同裂缝参数与衰减各向异性之间的关系,并发现衰减各向异性要明显强于速度各向异性。此外,还利用HTI裂缝介质物理模型采集得到的2D纵波反射数据计算得到不同测线上裂缝介质的品质因子,品质因子的方位各向异性可以进行裂缝识别。
使用与理论研究相结合的方法,对HTI裂缝介质物理模型3D数据进行了纵波方位各向异性的研究。得到了纵波旅行时、叠加速度以及AVO梯度随入射角和方位角的变化规律,并对Tsvankin和Ruger等人提出的理论公式进行了验证。
作为研究对象的HTI物理模型采取了两种不同的制造方法,分别为压实方法和可控的硬币形裂缝制造方法。通过纵波各向异性的分析发现,压实方法的物模结果各向异性情况明显,更趋近于理论研究中描述的等效介质,但是裂缝参数不易控制。可控裂缝制造工艺各向异性变化较弱,制造周期长,然而裂缝的形态和参数控制方便,更利于裂缝介质的实验研究。
设计制造了世界上首个可控正交裂缝物理模型,并获得了多种观测系统模拟观测的2D和3D数据体。通过数据的分析,了解了正交裂缝介质对纵波波场特征的影响,认识到介质中纵波发生的各向异性变化。为进一步研究正交裂缝与弹性波场关系积累了经验。